Обычный пластик способен охладить или обогреть здание в зависимости от времени года
Исследователи из Принстонского университета и Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали пассивный механизм для охлаждения зданий летом и их обогрева зимой, использующий обычные материалы из пластика. Новый метод сделает климат в зданиях более комфортным, не требуя внедрения дорогостоящих энергоемких систем.
Основная идея заключается в том, чтобы ограничить потенциал передачи тепла между зданиями и окружающей средой, ориентируясь на контроль волн специфической длины. Покрытия, даже из обычных материалов, созданные по этой технологии, способны обеспечить контроль климата, превосходящий современные возможности архитектуры.
Тепловое излучение, переносимое электромагнитными волнами, присутствует всюду. Мы ощущаем его, находясь на солнце или когда электрообогреватель отапливает нашу комнату. Стабилизация температуры зданий путем контроля теплового излучения давно известна человеку. Множество зданий используют жалюзи на окнах, чтобы блокировать солнечный свет, и также многие красят крыши и стены в белый цвет, чтобы те лучше отражали солнце.
Крыши обычно имеют достаточный угол, чтобы отражать солнечный свет и тепловое излучение вверх. Стены и окна, напротив, в основном направлены на землю и соседние здания. В жаркую погоду они нагреваются отраженным теплом, исходящим от улиц, тротуаров и близлежащих зданий. Это значит, что, несмотря на экранирование тепла, стены и окна также нагреваются от земли. В свою очередь в холодное время года окружающая среда и почва отбирают тепло у стен и окон.
Исследователи выяснили, что ключ к решению проблемы заключается в различии способов передачи тепла между зданиями и землей, а также между зданиями и небом.
Тепловое излучение, также называемое узкополосным, отражается от зданий в узкой части инфракрасного спектра, известной как атмосферное окно передачи. Анализ этого механизма — важный шаг в области энергосбережения и климатического контроля в зданиях, особенно в условиях изменчивого климата.
Проектирование с учетом этого принципа позволит снизить зависимость от дорогостоящих систем кондиционирования и обогрева, при этом сохраняя комфортную температуру внутри помещений.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports Physical Science, настаивают на необходимости введения инноваций в области строительства и энергетики. Новый подход открывает долгосрочные положительные перспективы для зеленой энергетики.
— доктор Мандал, один из авторов исследования.
Учёные продемонстрировали, что многие общераспространенные и недорогие строительные материалы излучают тепло в узкополосной области и блокируют широкополосное излучение. Например, поливинилфторид, который уже используется в качестве облицовочного материала, может быть адаптированы для климатического контроля с учетом этого свойства, впрочем, как и многие другие пластмассы.
— доктор Раман, соавтор исследования.
Важным выводом исследования стало и то, что подобный подход экономичен с точки зрения энергопотребления. Авторы отметили, что сезонная экономия энергии с использованием предложенного механизма сравнима с выгодой от покраски темных крыш в белый цвет. При этом расходы на кондиционирование воздуха и количество инцидентов, связанных с жарой, продолжают расти по всему миру.
— доктор Мандал.
Основная идея заключается в том, чтобы ограничить потенциал передачи тепла между зданиями и окружающей средой, ориентируясь на контроль волн специфической длины. Покрытия, даже из обычных материалов, созданные по этой технологии, способны обеспечить контроль климата, превосходящий современные возможности архитектуры.
Тепловое излучение, переносимое электромагнитными волнами, присутствует всюду. Мы ощущаем его, находясь на солнце или когда электрообогреватель отапливает нашу комнату. Стабилизация температуры зданий путем контроля теплового излучения давно известна человеку. Множество зданий используют жалюзи на окнах, чтобы блокировать солнечный свет, и также многие красят крыши и стены в белый цвет, чтобы те лучше отражали солнце.
Крыши обычно имеют достаточный угол, чтобы отражать солнечный свет и тепловое излучение вверх. Стены и окна, напротив, в основном направлены на землю и соседние здания. В жаркую погоду они нагреваются отраженным теплом, исходящим от улиц, тротуаров и близлежащих зданий. Это значит, что, несмотря на экранирование тепла, стены и окна также нагреваются от земли. В свою очередь в холодное время года окружающая среда и почва отбирают тепло у стен и окон.
Исследователи выяснили, что ключ к решению проблемы заключается в различии способов передачи тепла между зданиями и землей, а также между зданиями и небом.
Тепловое излучение, также называемое узкополосным, отражается от зданий в узкой части инфракрасного спектра, известной как атмосферное окно передачи. Анализ этого механизма — важный шаг в области энергосбережения и климатического контроля в зданиях, особенно в условиях изменчивого климата.
Проектирование с учетом этого принципа позволит снизить зависимость от дорогостоящих систем кондиционирования и обогрева, при этом сохраняя комфортную температуру внутри помещений.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports Physical Science, настаивают на необходимости введения инноваций в области строительства и энергетики. Новый подход открывает долгосрочные положительные перспективы для зеленой энергетики.
Покрывая стены и окна материалами, которые излучают или поглощают тепло только в пределах определенного частотного окна, мы можем снизить широкополосный тепловой нагрев от земли летом и потерю тепла зимой.
Созданная нами технология выходит за рамки традиционного подхода к проектированию крыш и стен, предлагая важные усовершенствования
Созданная нами технология выходит за рамки традиционного подхода к проектированию крыш и стен, предлагая важные усовершенствования
— доктор Мандал, один из авторов исследования.
Учёные продемонстрировали, что многие общераспространенные и недорогие строительные материалы излучают тепло в узкополосной области и блокируют широкополосное излучение. Например, поливинилфторид, который уже используется в качестве облицовочного материала, может быть адаптированы для климатического контроля с учетом этого свойства, впрочем, как и многие другие пластмассы.
Для нас стало большим открытием, что материалы, такие как полипропилен, который мы получаем из бытовых пластиков, избирательно излучают или поглощают тепло. Подобные материалы достаточно распространены, и это означает, что мы можем повсеместно использовать их для терморегуляции зданий уже в ближайшем будущем
— доктор Раман, соавтор исследования.
Важным выводом исследования стало и то, что подобный подход экономичен с точки зрения энергопотребления. Авторы отметили, что сезонная экономия энергии с использованием предложенного механизма сравнима с выгодой от покраски темных крыш в белый цвет. При этом расходы на кондиционирование воздуха и количество инцидентов, связанных с жарой, продолжают расти по всему миру.
Механизм, который мы предложили, полностью автономен, что делает его универсальным и экономным способом охлаждения и обогрева зданий.
Обозначенные преимущества могут стать хорошим решением для небогатых сообществ из регионов глобального юга, учитывая что они сталкиваются с наибольшими проблемами с охлаждением и смертностью от жары
Обозначенные преимущества могут стать хорошим решением для небогатых сообществ из регионов глобального юга, учитывая что они сталкиваются с наибольшими проблемами с охлаждением и смертностью от жары
— доктор Мандал.
- Алексей Павлов
- Princeton University
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Он был размером как четыре Эвереста
Ученые считают: жизнь на Земле породил гигантский метеорит....
Швейцарские ученые собираются распылить в атмосфере миллионы тонн алмазов
Остановит ли это глобальное потепление?...
Секретные китайские спутники «Тысячи парусов» — новый кошмар для астрономов
Наблюдать за звездами с Земли становится всё проблематичнее....
Раскрыта правда о «зелёной» Англии
На самом деле, Великобритании угрожает лососевое вымирание....
Почему викинги не сумели колонизировать Северную Америку?
1000-летняя тайна, похоже, все-таки разгадана....
Аномальное древнее кладбище найдено на юге Испании
В 5500-летнем некрополе оказалось много женщин и мало мужчин....
Лазеры раскрыли тайны затерянных городов на Великом шелковом пути
Стало известно, как города-близнецы процветали в суровом высокогорье....
Электрические обои согреют комнату за три минуты
Альтернатива центральному отоплению или очередной фейк?...
Специалисты NASA заявляют, что жизнь на Марсе может... скрываться
И они знают, где ее искать....
И снова наглый плагиат от компании Tesla?
Маск опять в суде. Теперь из-за «Бегущего по лезвию 2049»....
Ученые наконец-то подтвердили, что солнечный максимум уже наступил
Метеозависимым людям придётся несладко....
Доказано на макаках: одиночество в старости сокращает шансы заболеть
Меньше других рядом — меньше угроз....
Добыча криптовалюты: кто-то на этом зарабатывает, а кто-то теряет здоровье
Американские ученые вскрыли неожиданную проблему....
Марк Цукерберг представил «самые передовые очки за всю историю»
Разбираемся: стоит ли девайс свои 10 000 $....
Почти что полёт: найдены следы динозавра, который ускорял свой бег крыльями
Окаменевшие отпечатки позволили рассчитать особенности передвижения....
С помощью лидаров археологи нашли ещё более 6600 сооружений майя
Ещё предстоит обнаружить все крупные города древней цивилизации....